[发明专利]一种基于杂多酸改性二氧化钛纳米管的光催化活性的方法

说明书

本发明公开了一种基于杂多酸改性二氧化钛纳米管的光催化活性的方法，该制备方法通过氧化刻蚀处理二氧化钛纳米管以及杂多酸改性复合二氧化钛纳米管，利用溶剂热合成和热处理制备出一种具有高结构稳定性和高催化活性的二氧化钛纳米管催化剂，其在较宽的光响应范围下具有良好的光催化产氢性能。

技术领域

本发明涉及二氧化钛纳米管以及杂多酸技术领域，特别是涉及一种基于杂多酸改性二氧化钛纳米管的光催化活性的方法。

背景技术

二氧化钛纳米管是一种具有有序阵列结构以及良好的光化学稳定性的材料，这使得它在二氧化钛光催化领域中受到研究者们的广泛重视。虽然二氧化钛纳米管的独特结构使它具有较大的比表面积和更强的吸附能力，但它仍然受二氧化钛的固有性质所影响，其仅能吸收紫外光，具有较窄的光响应范围，从而制约了二氧化钛纳米管的发展空间。

固态酸催化剂因具有强氧化还原性和高催化活性以及绿色环保、不易腐蚀设备、性质稳定等特点，逐渐被应用于各种光电催化研究领域。近年来，有研究学者用固态酸催化剂改性二氧化钛，CN109999834A公开了一种磁性钛纳米管磺酸催化剂及其制备方法与应用，该方法首先合成出一种含铁的磁性钛纳米管，然后通过有机溶剂和硅烷偶联剂处理，得到一种巯基丙基修饰的磁性钛纳米管，再将其超声分散于甲醇溶液并用过氧化氢氧化材料，最终制备出一种磁性钛纳米管磺酸催化剂，其在乙酰丙酸酯类化合物合成方面表现较好的活性以及催化稳定性。但其复杂的合成体系导致材料转化率低，且极易产生副产物污染环境，所以采用一种简便的方法将固态酸催化剂与二氧化钛纳米管结合，并对其改性进而提高二氧化钛纳米管的催化活性仍是具有重要研究意义的。

发明内容

本发明主要目的是解决上述问题，提供一种基于杂多酸改性二氧化钛纳米管的光催化活性的制备方法。

本发明所采用的技术方案如下：

(1)在磁力搅拌下，将商业二氧化钛纳米管置于硫酸和过氧化氢的混合液中，进行刻蚀处理以使材料表面粗糙化，持续氧化3-6h，然后对其进行洗涤、真空干燥；

(2)在磁力搅拌下，将无水乙醇和杂多酸混合，搅拌10-30min，至形成白色乳浊液，然后加入葡萄糖溶液，持续搅拌5-15min，促进杂多酸进一步溶解，然后再加入步骤(1)所制备的二氧化钛纳米管，并加入0.5mol/L的硫酸调节pH至2，然后超声分散0.5-1h，然后再持续搅拌3-6h，转移至反应釜中进行溶剂热处理，反应结束后，用无水乙醇和去离子水分别洗涤产物，然后过滤、烘干、研磨，备用；

(3)将步骤(2)制备的改性二氧化钛置于管式炉中，然后通入氮气保护并进行煅烧，待冷却到室温后，将产物研磨细碎，即得到一种杂多酸改性的二氧化钛纳米管材料。

优选地，步骤(1)中所述的盐酸浓度为1-5mol/L，盐酸和和过氧化氢的体积比为(0.5-2):1。

优选地，步骤(2)所述的杂多酸为磷钼酸、磷钨酸、磷钒酸或磷铁酸中的一种或几种。

优选地，步骤(2)所述的杂多酸和无水乙醇的质量体积比为1g:(5-20)mL。

优选地，步骤(2)所述的葡萄糖溶液的质量分数为20％，其中杂多酸、葡萄糖和二氧化钛纳米管的质量体积比为(0.5-1)g:(10-20)mL:(3-5)g。

优选地，步骤(2)所述的溶剂热反应为在150-200℃下加热12-24h。

优选地，步骤(3)所述的煅烧为以2℃/min的升温速率升温至250℃煅烧1h，然后继续以2℃/min的升温速率升温至500℃煅烧3h。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明提供了一种基于杂多酸改性二氧化钛纳米管的光催化活性的方法，该方法具有操作简便，成本低廉，对设备要求低、损害小以及绿色环保等特点。